高中物理 实验三验证力的平行四边形定则解析

试验三验证力的平行四边形定那么
第一关：根底关展望高考
基础知识
〔一〕试验目的
验证互成角度的两个共点力的平行四边形定那么.
〔二〕试验原理
结点受三个共点力作用处于平衡状态，那么F1与F2之合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力F′使结点仍到O点，那么F′必与F1和F2的合力等效，以F1和F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，验证互成角度的两个力的合成的平行四边形定那么.
〔三〕试验器材
方木板、白纸、弹簧秤(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉假设干、细芯铅笔.
〔四〕试验步骤
①用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上.
②用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套.
③用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图标记，记录两弹簧秤的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两个细绳套的方向.
④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示.
⑤只用一只弹簧秤钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，登记弹簧秤的读数F′和细绳的方向，用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示.
⑥比较一下，力F′与用平行四边形定那么求出的合力F的大小和方向.
⑦转变两个力F1与F2的大小和夹角，重复试验两次.
1.试验时，弹簧秤必需保持与木板平行，且拉力应沿轴线方向，以减小试验误差.测量前应首先检查弹簧秤的零点是否精确,留意使用中不要超过其弹性限度,弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位.弹簧秤的指针,拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生摩擦.
2.在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过其弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差.
3.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要太大而画出纸外,要严格按力的图示要求和几何作图法作图.
4.在同一次试验中,橡皮条拉长的结点O位置确定要违反.
5.由作图法得到的F和试验测量得到的F′不行能完全符合,但在误差允许范围内可认为是F和F′符合即可.
其次关：技法关解读高考
解题技法
技法讲解
本试验中先用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条将结点拉到某一位置O，应记录此时两弹簧秤的读数及两条细绳套的方向，并用铅笔描下O点的位置．最终只用一只弹簧秤钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，登记弹簧秤的读数F′，和细绳的方向.
本试验成败的关键就是前后两次都要把结点拉到同一位置，并记好弹簧秤读数及细绳套的方向.
典例剖析
例1在做“验证力的平行四边形定那么”试验时：
(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必需有
_______和________.
(2)要使每次合力与分力产生违反的效果，必需〔〕
A．每次将橡皮条拉到同样的位置
B．每次把橡皮条拉直
C．每次精确读出弹簧秤的示数
D．每次记准细绳的方向
(3)为了提高试验的精确性，减小误差，试验中应留意什么?
解析：(1)橡皮条、三角板
(2)两个分力产生的效果使橡皮条的结点到某一位置，此时橡皮条中的弹力与两个分力的合力相
平衡．要想每次合力与分力的效果都违反，那么每次将橡皮条拉到同样的位置．应选A．
(3)应留意：①选用弹性小的细绳；②橡皮条、细绳和弹簧秤的轴应在同一平面上，且与板面平行
贴近等.
技法讲解
本试验的主要误差来源于读数、作图，此外还有弹簧秤本身的误差，因此，首先应检查弹簧秤的
零刻线是否精确．在试验中拉细绳时必需保持弹簧秤与板面平行，读数时眼睛确定要正对刻线，按有效数字记录示数，作图时要精确，两个分力F1、F2间夹角θ不能太大或太小，要按试验的要求进展操作、读数、作图，即使存在误差，也是正常的，不能用数据拼凑使试验格外完善，也不能只用特殊角度而不管其一般性.
典例剖析
例2在“验证力的平行四边形定那么”试验中，橡皮条一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点．以下操作中错误的选项是〔〕
A.同一次试验过程中，O点的位置允许变动
B.在试验中，弹簧秤必需保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤的刻线
C.试验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调整另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条结点拉到O点
D.试验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两秤之间的夹角应取90°不变，以便于计算合力的大小
解析：A项O点位置不允许变动，这样才可以使两次效果违反；C项中不允许将秤的拉力大小拉
到最大量程，这样不便于调整；D项中两秤之间的夹角是任意的，使平行四边形定那么具有一般性.
此题解答的焦点是本试验的根本要求要生疏，留意事项要清楚，这样对具体的试验过程才能有正确的把握.
答案：ACD
技法讲解
本试验是通过力的图示法作出两个分力F1、F2，然后用几何方法作出对角线作为两个分力的合力F；作出F1与F2的等效力F′,比较F、F′，看在误差允许的范围内大小方向是否违反，验证力的平行四边形定那么.作图时，要选择恰当的标度，作的图适当大一些便于观看.
典例剖析
例3如下图是两位同学在做“验证共点力合成”的试验时得到的结果，其中哪一个试验结果比较符合试验事实?在比较符合试验事实的一个结果中，假设F′是精确的，那么误差较大的缘由可能是哪些?
解析：按本试验的要求，F为F1和F2通过平行四边形定那么所得合力；F′为F1和F2
的等效力，即用一只弹簧秤拉时的力．橡皮条在这个力的作用下，其力的方向与橡皮条的伸长方向在一条直线上，明显图(b)不符合事实，比较符合试验事实的是图(a)．图(a)中F与F′误差较大的缘由可能是：①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线不与F1线和F2线平行．F是按平行四边形定那么作出的合力是理论值，用一个弹簧秤拉时测出的力F′为试验值．本试验就是要用现在的试验结果和已有试验结果进展比较，检查已有的试验结论是否正确，到达验证的目的.
第三关：训练关笑对高考
随堂训练
1.下面列出的措施中，哪些是有利于改进本节试验结果的( )
A.橡皮条弹性要好，拉到O点时拉力适当大些
B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D.拉橡皮条的绳要细，而且要稍长一些
解析：拉力“适当”大些能削减误差；而夹角“尽量”大些，那么使作图误差变大；橡皮条等“贴近”木板，目的是使拉线水平；绳细稍长便于确定力的方向性.
答案:ACD
2.在“验证力的平行四边形定那么”的试验中，为了减小试验误差，应留意〔〕
A.描点、作图时的铅笔应尖一些，图的比例适当大一些
B.拉橡皮条的细绳适当长一些
C.在用两个弹簧测力计拉时，两细绳间的夹角尽量大些
D.在用两个弹簧测力计拉时，两个弹簧测力计的示数适当大些
解析：作图时比例大些，使弹簧测力计的示数大些，可以减小相对误差.拉橡皮条的细绳长些，可使记录绳方向的点与结点O的距离大些，减小连线时的误差.因此A、B、D选项所述都能起到减小相对误差的作用.在试验中，两个分力F1、F2的夹角θ越大，用平行四边形作图时得出的合力F的误差也越大，所以在试验中不能把角θ取得太大.
答案：ABD
3.在“互成角度的两个力的合成”1和F2，细绳方向分别与OA直线延长线的夹角为α1和α2，如图乙所示.以下说法中正确的选项是( )
A.O点位置不变，合力不变
B.用平行四边形定那么求得的合力F确定沿OA直线方向
C.假设不转变O和α1，F1增大，F2必减小
D.合力必大于F1或F2
答案:A
4.李明同学在做“互成角度的两个力的合成”试验时，利用坐标纸登记了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小，如图〔a)所示，
〔1〕试在图(a)中作出无试验误差状况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力.
(2)有关此试验，以下表达正确的选项是________.
A.两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力
C.
D.假设只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整一只弹簧秤拉力的大小即可
(3)图(b)所示是李明和张华两位同学在做以上试验时得到的结果,其中哪一个试验比较符合试验事实？〔力F′是用一只弹簧秤拉时的图示〕
答：___________________________________________.
(4)在以上比较符合试验事实的一位同学中，造成误差的主要缘由是：〔至少写出两种状况〕
答：___________________________________________.
答案：〔1〕
〔2〕AC 〔3〕张华做的符合试验事实
〔4〕1、F1的方向比真实方向偏左.2、F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左.3、作图时两条虚线不分别与F1线和F2线平行.
5.在“验证力的平行四边形定那么”的试验中某同学的试验状况如图甲所示，其中A 为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳.图乙是在白纸上依据试验结果画出的图.
〔1〕图乙中的_______是力F1和F2的合力的理论值；_________是力F1和F2的合力的实际测量值.
〔2〕在试验中，假设将细绳也换成橡皮筋，那么试验结果是否会发生变化？
答：___________.〔选填“变”或“不变”〕
解析：〔1〕F1和F2的合力从理论上讲应当是F，由于它们的合力从效果上讲就是使结点到达O点位置，而用一个弹簧秤拉的效果也是使结点到达O点位置，所以F1和F21和F2的大小和方向有误差，所以F′是F1和F2的测量值.
〔2〕假设将细绳换成橡皮筋，试验结果不会发生变化，在试验时只要每次把结点拉到O点位置，效果是一样的.
答案：〔1〕F F′〔2〕不变
6.如下图，在共点力合成的试验中橡皮筋一端固定于P点，另一端连接两个弹簧秤，使这端拉至O点，现使F2大小不变地沿顺时针转过某一角度，相应地使F1的大小及图中β
( )
A.F1确定增大
B.F1也可能减小
C.F1假设增大，β角确定减小
D.F1假设增大，β角可能增大
解析：O点位置不变说明F1,F2合力不变，以O点为圆心，以F2为半径做圆：矢量三角形关系，由图可看出β角先增大后减小而F11与F2垂直时β角最大.
答案：AD。